基于GIS技术的城市建设用地适宜性评价

基于GIS技术的城市建设用地适宜性评价综述摘要：城市建设用地适宜性评价是城市规划的一项重要基础性工作，然而传统的城市规划中多采用定性分析的方法对各用地进行分类定级。GIS技术运用的逐渐成熟为城市规划工作从定性发展到定量分析奠定了基础。本文探讨如何利用GIG技术实现城市建设用地适宜性评价。关键词：GIS；城市建设用地；适宜性；评价0引言在我国快速城市化进程中，城市盲目扩张不仅造成土地资源浪费，而且造成城市生态环境破坏。为了有效保护城市生态环境，需对城市建设用地进行生态适宜性评价，依此确定城市的基本生态控制线[1]。城市建设用地生态适宜性评价是在调查分析城市自然、经济等因素的基础上，根据城市生态保护和城市建设要求对用地进行综合评价，以确定土地用于城市建设的适宜性程度。随着城市建设用地适宜性评价在城市规划中的基础性作用被广为认识，国内外学者开展了深入研究，如美国宾夕法尼亚大学麦克哈格教授于1960年提出土地生态适宜性评价方法[2]；中山大学王海鹰等利用德尔菲法确定城市建设用地生态适宜性的影响因素，采用层次分析法计算相关影响因子权重，建立评价模型体系；南京大学宗跃光教授等把评价要素分为生态潜力和生态限制两大类，提出了加权的潜力-限制性分析方法[3]等。新技术中，空间信息科学和3S技术在城市建设用地评价中的广泛应用，大大推动了适宜性评价技术的发展，其中GIS更是成为该研究最好的支持系统[4]。1GIS技术用于城市建设用地适宜性评价的契机1.1传统城市建设用地适宜性评价存在不足传统的城市规划用地适宜性评价方法很难适应数字城市规划方面的要求，主要表现在以下几点:1.1.1多为传统定性评价受技术和方法的限制，目前我国大部分城市在进行用地适宜性评价时多采用定性分析的方法，对各用地进行分类定级。由于影响用地适宜性的因素是多方面的，各因素对评价目标的影响程度(即权重)不同，这种评价方法并不能客观量化的体现各用地在适宜性方面的差异，使城市规划工作带有较大的主观性[5]。1.1.2评价体系不成熟由于我国地域广阔，自然、经济社会和技术条件差异较大，难以建立起一个统一评价体系。因此在评价指标体系构建、数据标准划分、评价流程和评价结果输出整个过程都缺乏统一的参照标准。指标体系的构建过多地依赖于工作者的主观判断，学者和评价的工作人员多停留于系统模型的研究，对评价标准的研究关注较少[6]。1.1.3农用土地适宜性评价多于城市用地评价在土地适宜性评价案例分析中，国土资源部门对土地农业适宜性评价较多，方法比较系统，评价因子指标体系也比较成熟，总体来说已经初步形成体系。反观城市用地评价方面，案例相对较少，评价方法基本差不多，但评价指标体系的确定还很不成熟[7]。1.2GIS技术用于城市建设用地适宜性评价具有可行性GIS具有强大的空间地理数据管理和分析功能，并能对分析结果给予直观显示[8]，从各个方面来说GIS都能满足城市建设用地适宜性评价的需求，运用GIS技术的城市建设用地适宜性评价将有助于城市规划的数字化方法的探索。1.2.1信息技术的发展为土地适宜性评价奠定了技术平台20世纪下半叶，信息社会的到来使得人们对信息的要求，在广泛性、精确性、快捷性以及综合性上都越来越高，计算机科学的发展对满足这方面的需求提供了可能性。作为数字城市规划的一部分，基于GSI技术的城市用地适宜性评价所需要解决的许多技术问题现在都不同程度的有很大的发展。1.2.2评价方法本身为GIS技术的引入提供了基本的数学模型引入GIS技术进行城市用地适宜性评价的另外一个可行性来源于评价方法本身，因子加权评价法模型是适合在计算机上实现的。因子加权评价模型具有定性分析与定量分析相结合的特点，“专家”估计与计算机运算结合，传统分析与现代数学模型结合，可收到取长补短，相得益彰的效果；因子加权评价模型还具有动态变化的特点，在城市用地适宜性评价的过程中可根据地区实际的特点，以及数据库所存贮的评价因子灵活机动的选择评价因子，而且，在评价因子权重的选择上也可以更体现不同评价因子在参与评价中的作用[9]。2城市建设用地适宜性评价的GIS平台2.1GIS概况GIS(GeographicInformationSystem)是指在计算机软、硬件系统的支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存贮、管理、分析、显示和描述的技术系统和决策支持系统。GIS系统具备数据获取、空间数据分析、空间信息推导、结果表示等功能。GIS已经广泛地应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设以及政府各职能部门[10]。2.2GIS的组成完整的GIS主要由4个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统，地理数据(或空间数据)和系统管理操作人员。（1）计算机硬件系统硬件是指操作GIS所需的一切计算机资源。目前的GIS软件可以在很多类型的硬件上运行，从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。一个典型的GIS硬件系统除计算机外，还包括数字化仪、扫描仪、绘图仪、磁带机等外部设备。（2）计算机软件系统软件是指GIS运行所必须的各种程序。主要包括计算机系统软件和地理信息系统软件两部分。地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具；数据库管理系统工具；支持地理查询、分析和可视化显示的工具；容易使用这些工具的图形用户界面(GUI)。（3）系统开发管理和使用人员人是GIS中的重要构成因素。GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。仅有系统软件、硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善以及应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。（4）空间数据数据是一个GIS应用系统的最基础的组成部分。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容确良。一个GIS应用系统必须建立在准确合理的地理数据基础上。数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的转换。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系[11]。2.3GIS的数据模型（1）栅格数据模型栅格数据模型是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式；对于空间数据而言，栅格数据包括各种遥感数据、航测数据、航空雷达数据、各种摄影的图像数据，以及通过网格化的地图图像数据如地质图、地形图和其他专业图像数据。在栅格数据中，点是一个像元，线由彼此连接的像元构成，栅格模型中，每个栅格像元层记录着不同的属性，这些像元大小一致，像元位置由纵横坐标决定，每个像元的空间坐标并不一定要直接纪录，因为像元纪录的顺序已隐含了空间坐标，根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。栅格数据模型的一个优点是不同类型的空间数据层，不需要经过复杂的几何计算就可以进行叠加操作等。栅格数据表达形式非常适合于模型空间的连接。（2）矢量数据模型矢量数据描述地理要素的空间特点是通过离散的位置坐标来表示的。矢量数据是基于，利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布。如空间目标对象的空间特征信息连同属性特征一起存储，根据属性特征的不同，点可用不同的符号来表示，表示那些实体太小的地图上无法用按比例描绘的地理要素。矢量数据点是由一对坐标(x、y)来表示的，线表示成x1、y1;x2、y2„„，xn、yn的形式，面则由一条或多条首尾相联的封闭线构成。矢量数据模型可精确表达地图上图形目标点、线和多边形位置，图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，模型信息量大，信息可叠加，但拓扑关系的生成及矢量化过程很费时[12]。3基于GIS技术的城市建设用地适宜性评价内容3.1评价原则在适宜性评价过程中，指标的选取和标准化、权重的确定及如何将GIS和决策过程结合始终是评价方法研究的关键[13]。本文以城市建设用地生态适宜性评价为主要研究对象，确定以下评价原则：1）生态优先原则，如果发现某区域有重要的生态价值，此因素具有优先决定权，严格限制在此类区域的开发；2）综合性原则，依据城市用地的综合特征确定指标体系，同时要注意指标的全面性、代表性等；3）因地制宜原则，所选因素应与区域的资料、技术水平相协调，应采用最接近研究区土地利用状况、现实性较好的数据进行评价。3.2评价模型目前采用较多的是多因子加权叠加分析法，评价模型如下∑，，，，式中，S为适宜性等级；Wi为权重；Xi为变量因子。3.3指标选取由于城市是一个复杂的综合生态系统，在进行城市建设用地评价时，所涉及的影响因素很多，很难在研究中全部分析。根据对城市建设所起的作用不同，本文选取社会经济因子、自然因子和生态安全因子等多个因子作为建设用地适宜性评价的主要影响因素。（1）社会经济因子社会经济因子主要从交通可达性、土地利用现状和增长极核三个方面进行评价。交通可达性主要表达用地的交通便捷程度或通达性，衡量用地的交通可达性，可利用GIS技术，通过在道路交通及设施周围建立不同半径的缓冲区，用缓冲区与交通设施之间的距离作为分级标准，评价交通便捷程度，距离越近，交通越便捷。在进行城市用地选择时，土地利用现状也是必须考虑的问题，本文将土地利用类型可分为工矿居民地、旱地、草地、林地、水田水域五类。其中，工矿居民地是首选用地，林地和水田水域则不宜作为城市用地。在进行用地评价时，增长极核应作为主要经济指标，通过在建成区周围建立不同半径的缓冲区，把用地与建成区的距离作为用地适建性的衡量指标之一。（2）自然因子用地所在的区域自然环境以及用地自身的自然基础和环境质量对城市建设的可行性和经济性直接产生影响，包括地形、地貌、地质、土壤、水文、水域和植被等。综合分析各因素对城市建设所起的作用，对这些因子进一步分解。如，地形因子可通过坡度来反映，坡度的大小对工程建设的投入、施工难度和城市供水等产生重要影响；地质因子可分解为地基承载力和研究区存在的不良地质现象，地基承载力的大小影响建筑物的施工成本以及建筑物的高度和体量，不良地质现象包括地震、滑坡、断层、冲沟和岩溶等，建设用地应尽量避开地震断裂带、断层、滑坡、冲沟和岩溶区。（3）生态安全因子对城市开发建设活动起到限制作用。包括基本农田保护区、自然保护区、水域保护区、人文景观等要素。在生态因子范围内应根据生态保护和人文景观保护的需要，结合规范要求，设定不同半径的缓冲区，限制或禁止城镇建设用地扩张。根据城市规划中建设用地适宜性评价的目的，结合各评价因子对城市建设的影响程度划分生态适宜性等级，确定评价值。如:根据交通可达性强、便捷度高的区位比其他地方更容易转化为城镇用地这一规律，收集道路交通数据，在对道路进行分级后，利用GIS分析工具建立不同半径的缓冲区，对不同缓冲圈层赋值，作为交通区位优势的评价指标。根据指标分类分级条件，利用GIS软件，生成专题数据，如:坡度分级图、地基承载力分级图、道路缓冲区分级图等[14]。根据城市规划中建设用地适宜性评价的目的，结合各评价因子对城市建设的影响程度划分生态适宜性等级，确定评价值，见表1。表1生态适宜性评价因子及等级划分一级指标二级指标三级指标分类条件评价分值自然因子地形坡度＞8°58°~15°415°~25°2＜25°1地貌地貌平原、盆地、谷地5丘陵3山地、水域1地质断层＞500m缓冲区5300~500m缓冲区4100~300m缓冲区3＜100m缓冲区1地基承载力＞25518~25410~183＜101水文河流＞100m缓冲区570~100m缓冲区450~70m缓冲区330~50m缓冲区2＜30m缓冲区1湖泊水库＞2km缓冲区51.5~2km缓冲区41~1.5km缓冲区30.5~1km缓冲区2＜0.5km缓冲区1植被荒地、植被覆盖较差区5荒山灌木草丛区4经济林2自然密林1社会经济因子交通可达性国道、省道1km缓冲区51~2km缓冲区4＞2km缓冲区2县道、乡道0.5km缓冲区50.5~1km缓冲区3＞1km缓冲